CN109017439B - 一种纯电动汽车双模耦合驱动控制系统与控制方法 - Google Patents

Abstract

一种纯电动汽车双模耦合驱动控制系统与控制方法，主要包括驱动电机、驱动电机控制器、传动总成、变模电机、变模电机控制器、变模机构、变模机构角位移传感器、轮速传感器、方向盘转角传感器、方向盘转矩传感器、加速踏板位移传感器等。本发明弥补了分布式与集中式各自的缺陷，更有效地利用了它们的优点。可以在不同车速范围选择不同的驱动模式，有效地提高了车辆的动力性；采用低速集中式驱动和高速分布式驱动策略，提高了电动汽车的经济性和行驶稳定性。纯电动汽车双模耦合驱动控制系统，实现了集中式与分布式驱动模式的切换控制，增加了车辆在恶劣路面上稳定性与通过性；保证了车辆的安全行驶能力；为纯电动汽车提供了更加优越的驱动控制系统。

Description

一种纯电动汽车双模耦合驱动控制系统与控制方法

技术领域

本发明设计属于纯电动汽车技术领域，具体地，涉及一种纯电动汽车的双模耦合驱动控制系统与控制方法。

背景技术

近年来，全世界对节能减排的技术指标要求日益提高，纯电动汽车的发展势不可挡。目前，纯电动汽车的驱动模式主要分为集中式驱动和分布式驱动两种。集中式驱动模式仅有一个动力源，驱动动力通过变速器、主减速器、差速器将动力分配到每个驱动轮。当前大部分汽车采用的是集中式驱动方式，经过多年的锤炼，集中式驱动技术已经十分成熟，但其两侧车轮的力矩通过差速器进行平衡，无法实现单个车轮的独立控制，这对于提高汽车的操纵稳定性形成了很大障碍。分布式驱动模式是每个驱动轮具有独立的驱动电机，每个驱动电机可以进行独立控制，分布式驱动电动汽车为未来智能汽车的动力学控制水平发展提供了更好的硬件条件。采用分布式驱动模式的电动汽车，通过优秀的控制算法可以提升操纵稳定性和在复杂路面的通过性，并且具备转向辅助控制功能。现有的分布式驱动系统大部分为轮毂电机驱动，大幅增加了非簧载质量且使驱动系统的可靠性降低。一旦单侧分布式驱动系统失效，两侧驱动力矩将出现不平衡，不能保证车辆继续安全高速行驶。由于集中式与分布式驱动系统都存在着各自的优点和缺点，限制了电动汽车产业的发展，如果能将集中式和分布式驱动模式相结合，实现优势互补，可以为纯电动汽车提供更大的发展空间。

一种纯电动汽车双模耦合驱动控制系统与控制方法，能够实现纯电动汽车的集中式驱动与分布式驱动两种模式之间自动切换。通过其传动总成将两种驱动模式集成到一套驱动系统，可以解决集中式驱动无法实现车轮独立控制和分布式驱动时单侧驱动电机失效后失稳和无法继续行驶的问题。所述传动总成，结构类似于两套两挡机械式自动变速器在一套驱动总成中的集成，控制简单，整体制造不需要特殊工艺，解决了当前限制纯电动汽车发展的重要问题，满足人们对未来电动汽车性能的需求，具备产业化应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实现分布式驱动且当分布式驱动单侧系统失效后，可以将驱动模式切换为集中式驱动继续工作，可实现驱动电机正常时的模式切换控制、驱动电机失效后的行车安全控制、复杂路面上的分布式驱动动力学控制以及驱动与转向协同控制的纯电动汽车双模耦合驱动控制系统与控制方法。

本发明主要包括驱动电机、驱动电机控制器、传动总成、变模电机、变模电机控制器、变模机构、变模机构角位移传感器、轮速传感器、方向盘转角传感器、方向盘转矩传感器、加速踏板位移传感器、制动踏板位移传感器、车身运动姿态传感器、挡位传感器、驱动控制器。

其中，传动总成的两个输出轴分别通过对应的两个半轴与车轮相连，轮速传感器码盘固定在车轮上。轮速传感器安装在转向节上，实时采集轮速信号。驱动电机Ⅰ和驱动电机Ⅱ为参数完全相同的永磁同步电动机，驱动电机Ⅰ和驱动电机Ⅱ分别设在传动总成的两侧，驱动电机Ⅰ和驱动电机Ⅱ的花键轴与传动总成的输入轴通过联轴器相连，驱动电机Ⅰ和驱动电机Ⅱ为整个系统的动力源。驱动电机Ⅰ控制器和驱动电机Ⅱ控制器分别与驱动电机Ⅰ和驱动电机Ⅱ之间高压连接，驱动电机控制器完成对驱动电机的转速和转矩控制。电池组及管理系统和驱动电机Ⅰ控制器、驱动电机Ⅱ控制器、DC/DC直流斩波器之间分别通过高压连接器高压连接。DC/DC直流斩波器与驱动控制器之间通过低压连接器低压连接。驱动控制器的主驱动控制与变模电机控制器通过低压连接器低压连接，变模电机控制器与变模电机之间通过低压连接器低压连接，变模电机控制器控制变模电机，进行变模执行机构转角位置的控制。传动总成的拨指与变模机构输出轴固定连接。驱动电机Ⅰ和驱动电机Ⅱ分别通过驱动电机Ⅰ控制器和驱动电机Ⅱ控制器把信号传递给驱动控制器中的车辆状态识别模块，变模机构角位移传感器、轮速传感器、车身运动姿态传感器把信号传递给驱动控制器中车辆状态识别模块，车身运动姿态传感器安装在车辆质心位置，用于测量车辆横摆角速度γ和侧倾角Φ。挡位传感器、加速踏板位移传感器、制动踏板位移传感器、方向盘转角传感器、方向盘转矩传感器把信号传递给驱动控制器中的驾驶意图解析模块。驱动电机Ⅰ控制器、驱动电机Ⅱ控制器、变模机构角位移传感器、轮速传感器、车身运动姿态传感器、挡位传感器、加速踏板位移传感器、制动踏板位移传感器、方向盘转角传感器、方向盘转矩传感器将采集到的数据传递给驱动控制器，驱动控制器经过计算处理，通过CAN通讯将控制信号发送给变模电机控制器和驱动电机控制器，变模电机控制器控制变模电机进行变模执行机构转角位置控制，驱动电机控制器完成对驱动电机的转速和转矩控制。

传动总成包括分布式一级主动齿轮、拨叉、输入轴内侧轴承、拨指、变模执行机构、拨块、变模横拨叉轴、集中式一级主动齿轮、同步器、集中式一级主动齿轮滚针轴承、分布式一级主动齿轮滚针轴承、输入轴外侧轴承、差速器外轴承、中间轴外侧轴承、二级主动齿轮、轮速传感器、半轴、二级从动齿轮、集中式一级从动齿轮、输出轴内侧轴承、中间差速器、输出轴外侧轴承、输出轴、轮速传感器码盘、车轮、分布式一级从动齿轮、中间轴、差速器内轴承、驱动电机和输入轴。传动总成是完全对称结构，驱动电机为整个系统的动力源，驱动电机与输入轴连接，分布式一级主动齿轮通过分布式一级主动齿轮滚针轴承固定在输入轴上，集中式一级主动齿轮通过集中式一级主动齿轮滚针轴承固定在输入轴上，同步器安装在集中式一级主动齿轮与分布式一级主动齿轮中间，并通过花键连接在输入轴上，输入轴通过内侧轴承和外侧轴承固定在传动总成壳体上。拨叉和拨块使用销固定在拨叉轴上，它们组合成一套变模执行机构终端，拨叉与同步器的结合套连接，变模横拨叉轴固定在传动总成壳体上并能够沿轴向滑动。在拨块上设有凹槽，拨指嵌入拨块的凹槽中，拨指与变模机构输出轴固连，变模机构带动拨指转动，拨指推动拨块，拨块带动变模横拨叉轴，变模横拨叉轴带动拨叉推动接合套进行变模。变模机构固定在传动总成壳体上部。中间差速器通过两个差速器外轴承固定在传动总成壳体中部，中间差速器外壳上固定有集中式一级从动齿轮，集中式一级从动齿轮与集中式一级主动齿轮啮合，中间差速器内锥齿轮花键与中间轴相连。分布式一级从动齿轮和二级主动齿轮固定在中间轴上，中间轴通过中间轴外侧轴承和差速器内轴承固定。二级从动齿轮固定在输出轴上，输出轴通过输出轴内侧轴承和输出轴外侧轴承固定在传动总成壳体上，车轮通过半轴和输出轴相连，轮速传感器码盘安装在车轮上。轮速传感器安装在转向节上，当变模执行机构将同步器的接合套拨动至分布式一级主动齿轮侧，则系统处于分布式驱动模式，驱动电机将动力通过输入轴、分布式一级传动齿轮组、中间轴、二级传动齿轮组、半轴传递到车轮来驱动车辆行驶。当变模执行机构将同步器的接合套拨动至集中式一级主动齿轮侧，则系统处于集中式驱动模式，驱动电机将动力通过输入轴、集中式一级齿轮组、中间差速器、中间轴、二级传动齿轮组、输出轴、半轴传递至车轮。

进一步的，中间差速器外壳固定有集中式一级从动齿轮和角接触球轴承，一级从动齿轮与输入轴上的集中式一级主动齿轮啮合，角接触轴承与箱体连接，使中间差速器外壳可以绕固定轴线在箱体内自由旋转。中间差速器内锥齿轮与传动总成的中间轴相连。当传动总成处于集中式驱动模式时，驱动电机动力经过同步器、集中式一级齿轮、中间差速器、中间轴、二级主动齿轮、二级从动齿轮、输出轴、半轴将动力传递到车轮。当传动总成处于分布式驱动模式时，驱动电机动力经过分布式一级齿轮、中间轴、二级主动齿轮、二级从动齿轮、输出轴、半轴直接传递到车轮。中间差速器作为两种驱动模式耦合使用的关键部件，当处于集中式驱动模式时，差速器能平衡两侧车轮转矩，使两侧车轮输出转矩相同；当处于分布式驱动模式时，两侧车轮独立控制，差速器外壳能够自由旋转，借此消除两侧车轮转速差对中间轴所产生的影响。

进一步的，传动系统总成换挡同步器置于分布式一级主动齿轮和集中式一级主动齿轮中间，当接合套在换挡拨叉的拨动下与集中式一级主动齿轮接合时，传动系统处于集中式驱动模式；当接合套与分布式一级主动齿轮接合时，传动系统处于分布式驱动模式。

变模机构总成包括涡轮、角位移传感器、蜗杆、变模电机、拨转轴、变模横拨叉轴、拨块、深沟球轴承。其中，变模机构的外壳固定在传动机构外壳的上方，蜗杆与变模电机相连，涡轮与蜗杆啮合，涡轮通过键与拨杆轴周向固连并与蜗杆啮合，在拨转轴的上端设有角位移传感器，拨指套接在拨转轴上，拨指两侧的凸起分别与一拨块凹槽配合。两个拨块的通孔内分别插接变模横拨叉轴，在每个变模横拨叉轴上设有拨叉。蜗杆和拨转轴分别通过两个深沟球轴承固定在变模机构外壳上，蜗杆轴的下端延伸至到传动总成的箱体中，用于传递变模所需换挡力。拨块带动拨叉轴轴向滑动，拨叉轴带动拨叉拨动接合套左右移动来分别与集中式一级主动齿轮或分布式一级主动齿轮接合。当变模机构工作时，变模电机旋转带动蜗杆旋转，蜗杆与涡轮啮合将动力传递给涡轮，涡轮带动拨转轴转动，进而通过拨指将动力传递给变模执行机构终端拨叉。

模式切换的控制方法，当车辆初始状态为集中式驱动模式时，若出现驱动轮滑转率大于允许门限值，则将驱动模式切换为分布式驱动模式，在分布式驱动模式下可实现两侧车轮独立控制，保证汽车仍具有一定的地面驱动力。若两侧驱动轮滑转率均未大于允许门限值，则判断当前车速是否达到升挡要求，若满足条件则将模式切换为分布式驱动模式，若不满足则继续保持集中式驱动模式。当车辆初始状态为分布式驱动模式时，若当前车速达到降挡要求，则切换为集中式驱动模式，若未达到则保持分布式驱动模式。

变模执行的控制方法，整车控制器生成变模控制指令时，首先获取两台驱动电机的当前转速、系统当前所采用的驱动模式和欲切换的驱动模式，并主动将两侧驱动电机的扭矩输出降为零，若只有一台驱动电机降扭完成，则已降扭完成的驱动电机保持自由状态，未降扭完成的驱动电机继续降扭，直至两台驱动电机全部降扭完成，此后由变模电机快速控制变模机构进行摘挡；若欲从集中式驱动模式切换为分布式驱动模式，在摘挡动作完成后，控制两侧驱动电机主动降速，当两侧电机转速满足|n1-n01i2|<Δn和|n2-n02i2|<Δn时，判断为调速完成；若欲由分布式驱动模式切换为集中式驱动模式，则在摘挡动作完成后，控制两侧驱动电机进行主动增速，当两侧电机转速满足|n1-(n01+n02)i1/2|<Δn和|n2-(n01+n02)i1/2|<Δn时，判断为调速完成，其中n1为左侧驱动电机的当前转速，n2为右侧驱动电机的当前转速，n01为左侧车轮当前转速，n01为右侧车轮当前转速，Δn为设定的转速差门限值。当确定调速完成后，控制两侧驱动电机退出转速控制模式并进入自由状态，此后变模电机驱动变模机构进行挂挡；挂挡完成后，驱动电机控制器控制驱动电机逐渐恢复驱动力矩到当前加速踏板对应的期望驱动力矩值，此后根据加速踏板开度指令变化输出力矩，驱动正常车辆行驶。

分布式驱动模式下驱动系统故障的控制方法，当车辆以分布式驱动模式行驶时，若一侧驱动电机控制器不能正常接收和发送CAN信息，则认为此侧驱动电机不受控制并切断其电源连接，控制车辆安全制动停车，此时若另一侧驱动电机控制器能正常接收和发送CAN信息，则在车辆停车后将驱动模式切换为集中式驱动模式，以单侧电机驱动车辆继续行驶，若另一侧驱动电机控制器也无法接收和发送CAN信息，则安全停车等待维修。若两侧驱动电机CAN通讯均正常，一侧驱动电机的转矩输出反馈值与控制指令值差异较小，但另一侧驱动电机检测出转矩输出反馈值与控制指令值差异较大，则认为一侧电机工作正常，一侧电机出现故障。若此时车速大于集中式驱动模式允许的最高车速，则将正常驱动电机的转矩控制指令调整为故障驱动电机的转矩反馈值，这样能保证两侧驱动电机输出转矩基本相同，以免车辆丧失稳定性；若此时车速小于集中式驱动模式的允许最高车速，则直接将分布式驱动模式切换为集中式驱动模式，并按照加速踏板指令正常驱动控制。若两侧驱动电机CAN通讯均正常但转矩输出反馈值与控制指令值差异均较大，此时车速高于集中式驱动最高车速，则在保证整车稳定性的情况下同时降低两侧驱动电机转矩输出至车速小于集中式驱动最高车速，此后将分布式驱动模式变为集中式驱动模式并按照加速踏板指令正常驱动控制；若此时车速小于集中式驱动最高车速，则直接将分布式驱动模式变为集中式驱动模式并按照加速踏板指令正常驱动控制。

集中式驱动模式下驱动系统故障的控制方法，当车辆以集中式驱动模式行驶时，若一侧驱动系统不能正常接收和发送CAN信息，则认为此驱动系统不受控制，切断其电源，此时若另一侧驱动系统无CAN通讯故障，则保持集中式驱动模式并控制单侧电机正常驱动；若另一侧驱动系统也发生CAN通讯故障，则安全制动停车检修。

差动力矩分配的控制方法，差动力矩分配控制模块仅在分布式驱动模式下工作，当车速小于稳定性控制最低车速Vmin时，若出现车轮滑转，为保证车辆在对开路面等恶劣工况的通过性，生成防滑驱动力矩修正指令；否则，则根据判定条件执行差动转向控制，此时若方向盘测量转矩T0小于门限值Td，无差动力矩分配指令生成；若方向盘测量转矩T0大于门限值Td，此时方向盘转角θ和转速ω的乘积大于0则生成差动转向力矩修正指令，此时方向盘转角θ和转速ω的乘积小于0则生成差动回正力矩修正指令。当车速大于或等于稳定性控制最低车速Vmin时，若横摆角速度γ或车身侧倾角φ大于门限值，则进行横摆-侧倾联合控制力矩分配，生成差动驱动转矩修正指令；否则，进行差动转向控制，控制指令生成方法与车速低于Vmin时相同。差动力矩分配控制模块生成的转矩修正指令发送给驱动与转向协同控制模块，并与主控制模块所发送指令一并整合为驱动电机转矩控制指令。

本发明与现有技术相比具有如下优点：将集中式与分布式两种驱动模式集成于一套控制系统，不仅弥补了分布式与集中式各自的缺陷，而且更有效地利用了它们的优点。合理的匹配集中式与分布式的传动比，可以在不同车速范围选择不同的驱动模式，有效地提高了车辆的动力性；根据集中式与分布式的特性，采用低速集中式驱动和高速分布式驱动策略，提高了电动汽车的经济性和行驶稳定性。本发明的一种纯电动汽车双模耦合驱动控制系统与控制方法有效的实现了集中式与分布式驱动模式的切换控制，在集中式驱动模式发生车轮滑转时自动切换为分布式驱动模式，增加了车辆在恶劣路面上稳定性与通过性；在分布式驱动模式下单侧驱动电机失效时可以切换为集中式驱动，保证了车辆的安全行驶能力；还可以通过驱动力矩差动分配实现助力转向和回正转向控制，为纯电动汽车提供了更加优越的驱动控制系统。

附图说明

图1为本发明所述的一种纯电动汽车双模耦合驱动控制系统的原理图；

图2为本发明所述的一种纯电动汽车双模耦合驱动控制系统的传动总成原理图；

图3为本发明所述的一种纯电动汽车双模耦合驱动控制系统的变模机构总成图；

图4为本发明所述的一种纯电动汽车双模耦合驱动控制系统模式选择控制流程图；

图5为本发明所述的一种纯电动汽车双模耦合驱动控制系统模式切换控制流程图；

图6为本发明所述的一种纯电动汽车双模耦合驱动控制系统分布式驱动控制流程图；

图7为本发明所述的一种纯电动汽车双模耦合驱动控制系统集中式驱动控制流程图；

图8为本发明所述的一种纯电动汽车双模耦合驱动控制系统协同控制流程图。

图中，1-分布式一级主动齿轮，2-拨叉，3-输入轴内侧轴承，4-拨指，5-变模执行机构，6-拨块，7-变模横拨叉轴，8-集中式一级主动齿轮，9-同步器，10-集中式一级主动齿轮滚针轴承，11-分布式一级主动齿轮滚针轴承，12-输入轴外侧轴承，13-差速器外轴承，14-中间轴外侧轴承，15-二级主动齿轮，16-轮速传感器，17-半轴，18-二级从动齿轮，19-集中式一级从动齿轮，20-输出轴内侧轴承，21-中间差速器，22-输出轴外侧轴承，23-输出轴，24-轮速传感器码盘，25-车轮，26-分布式一级从动齿轮，27-中间轴，28-差速器内轴承，29-驱动电机，30-输入轴。

具体实施方式

在图1所示的本发明的示意简图中，传动总成的两个输出轴23分别通过对应的两个半轴17与车轮25相连，轮速传感器码盘24固定在车轮上。轮速传感器16安装在转向节上，实时采集轮速信号。驱动电机Ⅰ29和驱动电机Ⅱ29为参数完全相同的永磁同步电动机，驱动电机Ⅰ和驱动电机Ⅱ分别设在传动总成的两侧，驱动电机Ⅰ和驱动电机Ⅱ的花键轴与传动总成的输入轴30通过联轴器相连，驱动电机Ⅰ和驱动电机Ⅱ为整个系统的动力源。驱动电机Ⅰ控制器和驱动电机Ⅱ控制器分别与驱动电机Ⅰ和驱动电机Ⅱ之间高压连接，驱动电机控制器完成对驱动电机的转速和转矩控制。电池组及管理系统和驱动电机Ⅰ控制器、驱动电机Ⅱ控制器、DC/DC直流斩波器之间分别通过高压连接器高压连接。DC/DC直流斩波器与驱动控制器之间通过低压连接器低压连接。驱动控制器的主驱动控制与变模电机控制器通过低压连接器低压连接，变模电机控制器与变模电机之间通过低压连接器低压连接，变模电机控制器控制变模电机，进行变模执行机构转角位置的控制。传动总成的拨指4与变模机构输出轴固定连接。驱动电机Ⅰ和驱动电机Ⅱ分别通过驱动电机Ⅰ控制器和驱动电机Ⅱ控制器把信号传递给驱动控制器中的车辆状态识别模块，变模机构角位移传感器、轮速传感器、车身运动姿态传感器把信号传递给驱动控制器中车辆状态识别模块，车身运动姿态传感器安装在车辆质心位置，用于测量车辆横摆角速度γ和侧倾角Φ。挡位传感器、加速踏板位移传感器、制动踏板位移传感器、方向盘转角传感器、方向盘转矩传感器把信号传递给驱动控制器中的驾驶意图解析模块。驱动电机Ⅰ控制器、驱动电机Ⅱ控制器、变模机构角位移传感器、轮速传感器、车身运动姿态传感器、挡位传感器、加速踏板位移传感器、制动踏板位移传感器、方向盘转角传感器、方向盘转矩传感器将采集到的数据传递给驱动控制器，驱动控制器经过计算处理，通过CAN通讯将控制信号发送给变模电机控制器和驱动电机控制器，变模电机控制器控制变模电机进行变模执行机构转角位置控制，驱动电机控制器完成对驱动电机的转速和转矩控制。

在图2所示的本发明的示意简图中，传动总成包括分布式一级主动齿轮1，拨叉2、输入轴内侧轴承3、拨指4、变模执行机构5、拨块6、变模横拨叉轴7、集中式一级主动齿轮8、同步器9、集中式一级主动齿轮滚针轴承10、分布式一级主动齿轮滚针轴承11、输入轴外侧轴承12、差速器外轴承13、中间轴外侧轴承14、二级主动齿轮15、轮速传感器16、半轴17、二级从动齿轮18、集中式一级从动齿轮19、输出轴内侧轴承20、中间差速器21、输出轴外侧轴承22、输出轴23、轮速传感器码盘24、车轮25、分布式一级从动齿轮26、中间轴27、差速器内轴承28、驱动电机29、输入轴30。传动总成是完全对称结构，驱动电机29为整个系统的动力源，驱动电机29与输入轴30连接，分布式一级主动齿轮1通过分布式一级主动齿轮滚针轴承11固定在输入轴30上，集中式一级主动齿轮8通过集中式一级主动齿轮滚针轴承10固定在输入轴30上，同步器9安装在集中式一级主动齿轮8与分布式一级主动齿轮1中间，并通过花键连接在输入轴30上，输入轴30通过内侧轴承3和外侧轴承12固定在传动总成壳体上。拨叉2和拨块6使用销固定在拨叉轴7上，它们组合成一套变模执行机构终端，拨叉2与同步器9的结合套连接，变模横拨叉轴7固定在传动总成壳体上并能够沿轴向滑动。在拨块6上设有凹槽，拨指4嵌入拨块6的凹槽中，拨指4与变模机构输出轴固连，变模机构5带动拨指4转动，拨指4推动拨块6，拨块6带动变模横拨叉轴7，变模横拨叉轴7带动拨叉2推动接合套进行变模。变模机构5固定在传动总成壳体上部。中间差速器21通过两个差速器外轴承13固定在传动总成壳体中部，中间差速器21外壳上固定有集中式一级从动齿轮19，集中式一级从动齿轮19与集中式一级主动齿轮8啮合，中间差速器内锥齿轮花键与中间轴27相连。分布式一级从动齿轮26和二级主动齿轮15固定在中间轴27上，中间轴27通过中间轴外侧轴承14和差速器内轴承28固定。二级从动齿轮18固定在输出轴23上，输出轴23通过输出轴内侧轴承20和输出轴外侧轴承22固定在传动总成壳体上，车轮25通过半轴17和输出轴23相连，轮速传感器码盘24安装在车轮上。轮速传感器16安装在转向节上，实时采集轮速信号。当变模执行机构5将同步器9的接合套拨动至分布式一级主动齿轮31侧，则系统处于分布式驱动模式，驱动电机29将动力通过输入轴30、分布式一级传动齿轮组(1、26)、中间轴27、二级传动齿轮组(15、18)、半轴17传递到车轮25来驱动车辆行驶。当变模执行机构5将同步器9的接合套拨动至集中式一级主动齿轮8侧，则系统处于集中式驱动模式，驱动电机29将动力通过输入轴30、集中式一级齿轮组(8、19)、中间差速器21、中间轴27、二级传动齿轮组(15、18)、输出轴23、半轴17传递至车轮。中间差速器外壳固定有集中式一级从动齿轮和角接触球轴承，一级从动齿轮与输入轴上的集中式一级主动齿轮啮合，角接触轴承与箱体连接，使中间差速器外壳可以绕固定轴线在箱体内自由旋转。中间差速器内锥齿轮与传动总成的中间轴相连。当传动总成处于集中式驱动模式时，驱动电机动力经过同步器、集中式一级齿轮、中间差速器、中间轴、二级主动齿轮、二级从动齿轮、输出轴、半轴将动力传递到车轮。当传动总成处于分布式驱动模式时，驱动电机动力经过分布式一级齿轮、中间轴、二级主动齿轮、二级从动齿轮、输出轴、半轴直接传递到车轮。中间差速器作为两种驱动模式耦合使用的关键部件，当处于集中式驱动模式时，差速器能平衡两侧车轮转矩，使两侧车轮输出转矩相同；当处于分布式驱动模式时，两侧车轮独立控制，差速器外壳能够自由旋转，借此消除两侧车轮转速差对中间轴所产生的影响。传动系统总成换挡同步器置于分布式一级主动齿轮和集中式一级主动齿轮中间，当接合套在换挡拨叉的拨动下与集中式一级主动齿轮接合时，传动系统处于集中式驱动模式；当接合套与分布式一级主动齿轮接合时，传动系统处于分布式驱动模式。

在图3所示的本发明的示意简图中，变模机构总成包括涡轮501、角位移传感器502、蜗杆503、变模电机504、拨转轴505、变模横拨叉轴7、拨块6、深沟球轴承。其中，变模机构的外壳固定在传动机构外壳的上方，蜗杆503与变模电机相连504，涡轮501与蜗杆503啮合，涡轮通过键与拨杆轴505周向固连并与蜗杆啮合，在拨转轴的上端设有角位移传感器502，拨指套接在拨转轴505上，拨指4两侧的凸起分别与一拨块6凹槽配合。两个拨块6的通孔内分别插接变模横拨叉轴7，在每个变模横拨叉轴7上设有拨叉。蜗杆和拨转轴分别通过两个深沟球轴承固定在变模机构外壳上，蜗杆轴的下端延伸至到传动总成的箱体中，用于传递变模所需换挡力。拨块带动拨叉轴轴向滑动，拨叉轴带动拨叉拨动接合套左右移动来分别与集中式一级主动齿轮或分布式一级主动齿轮接合。当变模机构工作时，变模电机504旋转带动蜗杆503旋转，蜗杆503与涡轮501啮合将动力传递给涡轮501，涡轮501带动拨转轴505转动，进而通过拨指4将动力传递给变模执行机构终端拨叉2。

在图4所示的本发明的示意简图中，一种纯电动汽车双模耦合驱动控制系统模式选择控制流程，首先采集传感器的数据，然后判断当前驱动模式，若当前处于分布式驱动模式，则判断当前车速是否达到降挡要求，若没有达到降挡要求则保持当前档位，否则进行变模控制，进入集中式模式。若当前为集中式驱动模式，则判断两侧驱动轮是否滑转，若是，则进行变模控制进入分布式驱动模式；若不是，则判断当前车速是否达到升挡要求，若当前车速未达到升挡要求，则保持当前挡位继续正常驱动，若达到升挡要求则进行变模控制进入分布式驱动模式。

在图5所示的本发明的示意简图中，一种纯电动汽车双模耦合驱动控制系统模式切换控制流程，驱动控制器生成变模控制指令时，首先获取两侧驱动电机的当前转速、系统当前所采用的驱动模式和欲切换的驱动模式，并主动将两侧驱动电机的扭矩输出降为零，若只有一侧驱动电机降扭完成，则已降扭完成的驱动电机保持自由状态，未降扭完成的驱动电机继续降扭，直至两侧驱动电机全部降扭完成，此后由变模电机快速控制变模机构进行摘挡；若欲从集中式驱动模式切换为分布式驱动模式，在摘挡动作完成后，控制两侧驱动电机主动降速，当两侧电机转速满足|n1-n01i2|<Δn和|n2-n02i2|<Δn时，判断为调速完成；若欲由分布式驱动模式切换为集中式驱动模式，则在摘挡动作完成后，控制两侧驱动电机进行主动增速，当两侧电机转速满足|n1-(n01+n02)i1/2|<Δn和|n2-(n01+n02)i1/2|<Δn时，判断为调速完成，其中n1为左侧驱动电机的当前转速，n2为右侧驱动电机的当前转速，n01为左侧车轮当前转速，n01为右侧车轮当前转速，Δn为设定的转速差门限值，本设计中设定为30r/min。当确定调速完成后，控制两侧驱动电机退出转速控制模式并进入自由状态，此后变模电机驱动变模机构进行挂挡；挂挡完成后，驱动电机控制器控制驱动电机逐渐恢复驱动力矩到当前加速踏板对应的期望驱动力矩值，此后根据加速踏板开度指令变化输出力矩，驱动正常车辆行驶。

在图6所示的本发明的示意简图中，一种纯电动汽车双模耦合驱动控制系统分布式驱动控制流程，当车辆以分布式驱动模式行驶时，判断左侧驱动电机CAN信息是否正常，若正常则认为左侧电机未失去控制，若不正常则认为左侧电机已经失去控制并切断其电源。在左侧电机未失控的情况下判断右侧电机CAN信息是否正常，若正常则认为右侧电机未失控，否则认为右侧电机已经失去控制并切断其电源。在左侧电机未失控、右侧电机失控的情况下，安全制动停车，车速为0后将分布式驱动模式切换为集中式驱动模式，左侧驱动电机根据控制指令正常驱动。在左侧电机未失控、右侧电机未失控的情况下，判断右侧电机反馈的转矩值与指令值差别是否大于5％且大于5，若是则认为右侧电机故障并进行保护控制，若否则认为右侧电机未故障。在右侧电机故障的情况下，判断左侧电机转矩反馈值与指令值差别是否大于5％且大于5，若是则认为左侧电机故障并进行保护控制，否则认为左侧电机未故障并根据控制指令正常驱动。在左、右电机均故障的情况下，判断当前车速是否小于集中式最大车速，若是则切换为集中式驱动模式，若不是则在保证两侧电机反馈的转矩值之差在允许范围内的情况下同时降低两侧转矩输出，当车速降低至集中式最高车速以下时，进入集中式驱动模式。在集中式驱动模式下，驱动电机根据由加速踏板开度解析得到的控制指令正常驱动车辆行驶。在右侧电机故障、左侧电机未故障的情况下，判断实际车速是否小于集中式最高车速，若是则切换为集中式驱动模式继续行驶，否则左侧电机转矩输出值为右侧故障驱动电机转矩反馈值并继续行驶。在右侧电机未故障的情况下，判断左侧电机转矩反馈值与指令值差别是否大于5％且大于5，若是则认为左侧电机故障并进行保护控制，否则认为左侧电机未故障并根据控制指令正常驱动。在两侧电机均未故障的情况下，正常驱动车辆。在右侧驱动系统未故障、左侧驱动系统故障的情况下，判断当前车速是否小于集中式驱动模式最高车速，如是则切换为集中式驱动模式继续行驶；若不是则右侧电机发送的转矩指令为左侧电机转矩反馈值并继续行驶。在左侧电机已经失控的情况下判断右侧电机是否失控，若是切断其电源并安全制动停车检修；否则先安全制动停车，如有继续行驶需求，则当车速为0后将驱动模式切换为集中式驱动模式，右侧电机根据控制指令正常驱动。

在图7所示的本发明的示意简图中，一种纯电动汽车双模耦合驱动控制系统集中式驱动控制流程，当车辆以集中式驱动模式行驶时，若左侧CAN信息正常，则认为左侧电机未失控并根据控制指令正常驱动，若左侧CAN不正常，则认为左侧电机失控并切断其电源。在左侧电机未失控的情况下判断右侧电机CAN信息是否正常，若是则认为右侧电机未失控并根据控制指令正常驱动，否则认为右侧电机已失控并切断其电源。在左侧电机未失控、右侧电机已失控的情况下，保持集中式模式左侧单电机正常驱动。在左侧电机未失控、右侧电机未失控的情况下，认为驱动系统无故障，正常行驶。在左侧电机已失控的情况下，判断右侧电机CAN信息是否正常，若是则认为右侧电机未失控并根据控制指令正常驱动，否则认为右侧驱动电机已失控并切断其电源。在左侧电机失控、右侧电机未失控的情况下保持集中式驱动模式以右侧单电机正常驱动。在左侧电机失控、右侧电机失控的情况下，安全制动停车检修。

在图8所示的本发明的示意简图中，一种纯电动汽车双模耦合驱动控制系统协同控制流程，首先根据采集到的方向盘测量转矩T0、方向盘转角θ、横摆角速度γ、车身侧倾角φ和车速V以及计算的方向盘转速ω和设定的方向盘助力启动转矩门限值Td和稳定性控制最低车速Vmin来进行车辆状态检测和控制需求分析。当车速小于稳定性控制最低车速Vmin时，若出现车轮滑转，为保证车辆在对开路面等恶劣工况的通过性，生成防滑驱动力矩修正指令；否则，则根据判定条件执行差动转向控制，此时若方向盘测量转矩T0小于门限值Td，无差动力矩分配指令生成；若方向盘测量转矩T0大于门限值Td，此时方向盘转角θ和转速ω的乘积大于0则生成差动转向力矩修正指令，此时方向盘转角θ和转速ω的乘积小于0则生成差动回正力矩修正指令。当车速大于或等于稳定性控制最低车速Vmin时，若横摆角速度γ或车身侧倾角φ大于门限值，则进行横摆-侧倾联合控制力矩分配，生成差动驱动转矩修正指令；否则，进行差动转向控制，控制指令生成方法与车速低于Vmin时相同。差动力矩分配控制模块生成的转矩修正指令发送给驱动与转向协同控制模块，并与主控制模块所发送指令一并整合为驱动电机转矩控制指令。

Claims (8)

1.一种纯电动汽车双模耦合驱动控制系统，主要包括驱动电机、驱动电机控制器、传动总成、变模机构、变模电机、变模电机控制器、轮速传感器、方向盘转角传感器、方向盘转矩传感器、加速踏板位移传感器、制动踏板位移传感器、车身运动姿态传感器、挡位传感器、驱动控制器，其特征在于：驱动电机Ⅰ和驱动电机Ⅱ为参数完全相同的永磁同步电动机，驱动电机Ⅰ和驱动电机Ⅱ分别设在传动总成的两侧，驱动电机Ⅰ和驱动电机Ⅱ的花键轴与传动总成的输入轴通过联轴器相连，驱动电机Ⅰ和驱动电机Ⅱ为整个系统的动力源，驱动电机Ⅰ控制器和驱动电机Ⅱ控制器分别与驱动电机Ⅰ和驱动电机Ⅱ之间高压连接，驱动电机控制器完成对驱动电机的转速和转矩控制，电池组及管理系统和驱动电机Ⅰ控制器、驱动电机Ⅱ控制器、DC/DC直流斩波器之间分别通过高压连接器高压连接，DC/DC直流斩波器与驱动控制器之间通过低压连接器低压连接；传动总成包括输入轴、输入轴内侧轴承、分布式一级主动齿轮、分布式一级主动齿轮滚针轴承、同步器、集中式一级主动齿轮、集中式一级主动齿轮滚针轴承、输入轴外侧轴承、中间轴、中间轴外侧轴承、分布式一级从动齿轮、二级主动齿轮、集中式一级从动齿轮、中间差速器、差速器外轴承、差速器内轴承，输出轴、输出轴外侧轴承、二级从动齿轮、输出轴内侧轴承、半轴、轮速传感器、轮速传感器码盘、车轮，传动总成是完全对称结构，分布式一级主动齿轮通过分布式一级主动齿轮滚针轴承固定在输入轴上，集中式一级主动齿轮通过集中式一级主动齿轮滚针轴承固定在输入轴上，同步器安装在集中式一级主动齿轮与分布式一级主动齿轮中间并通过花键连接在输入轴上，输入轴通过内侧轴承和外侧轴承固定在传动总成壳体上，变模机构固定在传动总成壳体上部，变模机构的拨叉与同步器的接合套连接并推动接合套进行变模，中间差速器通过两个差速器外轴承固定在传动总成壳体中部，中间差速器外壳上固定有集中式一级从动齿轮，集中式一级从动齿轮与集中式一级主动齿轮啮合，中间差速器内锥齿轮花键与中间轴相连，分布式一级从动齿轮和二级主动齿轮固定在中间轴上，中间轴通过中间轴外侧轴承和差速器内轴承固定，二级从动齿轮固定在输出轴上，输出轴通过输出轴内侧轴承和输出轴外侧轴承固定在传动总成壳体上，传动总成的两个输出轴分别通过对应的两个半轴与车轮相连，轮速传感器码盘固定在车轮上，轮速传感器安装在转向节上，实时采集轮速信号；当变模机构将同步器的接合套拨动至分布式一级主动齿轮侧，则系统处于分布式驱动模式，驱动电机将动力通过输入轴、分布式一级传动齿轮组、中间轴、二级传动齿轮组、半轴传递到车轮来驱动车辆行驶，当变模机构将同步器的接合套拨动至集中式一级主动齿轮侧，则系统处于集中式驱动模式，驱动电机将动力通过输入轴、集中式一级齿轮组、中间差速器、中间轴、二级传动齿轮组、输出轴、半轴传递至车轮；驱动控制器的主驱动控制与变模电机控制器通过低压连接器低压连接，变模电机控制器与变模电机之间通过低压连接器低压连接，变模电机控制器控制变模电机，进行变模机构转角位置的控制，传动总成的拨指与变模机构输出轴固定连接，驱动电机Ⅰ和驱动电机Ⅱ分别通过驱动电机Ⅰ控制器和驱动电机Ⅱ控制器把信号传递给驱动控制器中的车辆状态识别模块，变模机构角位移传感器、轮速传感器、车身运动姿态传感器把信号传递给驱动控制器中车辆状态识别模块，车身运动姿态传感器安装在车辆质心位置，用于测量车辆横摆角速度γ和侧倾角Φ，挡位传感器、加速踏板位移传感器、制动踏板位移传感器、方向盘转角传感器、方向盘转矩传感器把信号传递给驱动控制器中的驾驶意图解析模块，驱动电机Ⅰ控制器、驱动电机Ⅱ控制器、变模机构角位移传感器、轮速传感器、车身运动姿态传感器、挡位传感器、加速踏板位移传感器、制动踏板位移传感器、方向盘转角传感器、方向盘转矩传感器将采集到的数据传递给驱动控制器，驱动控制器经过计算处理，通过CAN通讯将控制信号发送给变模电机控制器和驱动电机控制器，变模电机控制器控制变模电机进行变模机构转角位置控制，驱动电机控制器完成对驱动电机的转速和转矩控制；当车辆初始状态为集中式驱动模式时，若出现驱动轮滑转率大于允许门限值，则将驱动模式切换为分布式驱动模式，在分布式驱动模式下可实现两侧车轮独立控制，保证汽车仍具有一定的地面驱动力，若两侧驱动轮滑转率均未大于允许门限值，则判断当前车速是否达到升挡要求，若满足条件则将模式切换为分布式驱动模式，若不满足则继续保持集中式驱动模式，当车辆初始状态为分布式驱动模式时，若当前车速达到降挡要求，则切换为集中式驱动模式，若未达到则保持分布式驱动模式。

2.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车双模耦合驱动控制系统，其特征在于：中间差速器外壳固定有集中式一级从动齿轮和角接触球轴承，一级从动齿轮与输入轴上的集中式一级主动齿轮啮合，角接触轴承与箱体连接，使中间差速器外壳可以绕固定轴线在箱体内自由旋转，中间差速器内锥齿轮与传动总成的中间轴相连，当传动总成处于集中式驱动模式时，驱动电机动力经过同步器、集中式一级齿轮、中间差速器、中间轴、二级主动齿轮、二级从动齿轮、输出轴、半轴将动力传递到车轮，当传动总成处于分布式驱动模式时，驱动电机动力经过分布式一级齿轮、中间轴、二级主动齿轮、二级从动齿轮、输出轴、半轴直接传递到车轮，中间差速器作为两种驱动模式耦合使用的关键部件，当处于集中式驱动模式时，差速器能平衡两侧车轮转矩，使两侧车轮输出转矩相同；当处于分布式驱动模式时，两侧车轮独立控制，差速器外壳能够自由旋转，借此消除两侧车轮转速差对中间轴所产生的影响。

3.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车双模耦合驱动控制系统，其特征在于：传动系统总成换挡同步器置于分布式一级主动齿轮和集中式一级主动齿轮中间，当接合套在换挡拨叉的拨动下与集中式一级主动齿轮接合时，传动系统处于集中式驱动模式；当接合套与分布式一级主动齿轮接合时，传动系统处于分布式驱动模式。

4.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车双模耦合驱动控制系统，其特征在于：变模机构总成包括变模电机、涡轮、蜗杆、角位移传感器、拨转轴、拨指、拨块、变模横拨叉轴、拨叉、深沟球轴承、变模机构外壳，变模机构外壳固定在传动机构外壳的上方，蜗杆与变模电机相连，涡轮与蜗杆啮合，涡轮通过键与拨杆轴周向固连并与蜗杆啮合，在拨转轴的上端设有角位移传感器，拨指套接在拨转轴上，在拨块上设有凹槽，拨指两侧的凸起分别与两侧拨块凹槽配合，两个拨块的通孔内分别插接变模横拨叉轴，变模横拨叉轴固定在传动总成壳体上并能够沿轴向滑动，两个拨叉和拨块分别使用销固定在两个变模横拨叉轴上，它们组合成一套变模机构终端，蜗杆和拨转轴分别通过两个深沟球轴承固定在变模机构外壳上，蜗杆轴的下端延伸至到传动总成的箱体中，用于传递变模所需换挡力，拨指推动拨块，拨块带动变模横拨叉轴轴向滑动，变模横拨叉轴带动拨叉拨动接合套左右移动来分别与集中式一级主动齿轮或分布式一级主动齿轮接合，当变模机构工作时，变模电机旋转带动蜗杆旋转，蜗杆与涡轮啮合将动力传递给涡轮，涡轮带动拨转轴转动，进而通过拨指将动力传递给变模机构终端拨叉。

5.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车双模耦合驱动控制系统，其特征在于：变模执行的控制方法，驱动控制器生成变模控制指令时，首先获取两台驱动电机的当前转速、系统当前所采用的驱动模式和欲切换的驱动模式，并主动将两侧驱动电机的扭矩输出降为零，若只有一台驱动电机降扭完成，则已降扭完成的驱动电机保持自由状态，未降扭完成的驱动电机继续降扭，直至两台驱动电机全部降扭完成，此后由变模电机快速控制变模机构进行摘挡；若欲从集中式驱动模式切换为分布式驱动模式，在摘挡动作完成后，控制两侧驱动电机主动降速，当两侧电机转速满足|n1-n01i2 |<∆n和|n2-n02i2 |<∆n时，判断为调速完成；若欲由分布式驱动模式切换为集中式驱动模式，则在摘挡动作完成后，控制两侧驱动电机进行主动增速，当两侧电机转速满足|n1-(n01+n02)i1/2|<∆n和|n2-(n01+n02)i1/2|<∆n时，判断为调速完成，其中n1为左侧驱动电机的当前转速，n2为右侧驱动电机的当前转速，n01为左侧车轮当前转速，n02为右侧车轮当前转速，∆n为设定的转速差门限值，i1为集中式齿轮到车轮的传动比，i2为分布式齿轮到车轮的传动比，当确定调速完成后，控制两侧驱动电机退出转速控制模式并进入自由状态，此后变模电机驱动变模机构进行挂挡；挂挡完成后，驱动电机控制器控制驱动电机逐渐恢复驱动力矩到当前加速踏板对应的期望驱动力矩值，此后根据加速踏板开度指令变化输出力矩，驱动正常车辆行驶。

6.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车双模耦合驱动控制系统，其特征在于：分布式驱动模式下驱动系统故障的控制方法，当车辆以分布式驱动模式行驶时，若一侧驱动电机控制器不能正常接收和发送CAN信息，则认为此侧驱动电机不受控制并切断其电源连接，控制车辆安全制动停车，此时若另一侧驱动电机控制器能正常接收和发送CAN信息，则在车辆停车后将驱动模式切换为集中式驱动模式，以单侧电机驱动车辆继续行驶，若另一侧驱动电机控制器也无法接收和发送CAN信息，则安全停车等待维修，若两侧驱动电机CAN通讯均正常，一侧驱动电机的转矩输出反馈值与控制指令值差异较小，但另一侧驱动电机检测出转矩输出反馈值与控制指令值差异较大，则认为一侧电机工作正常，一侧电机出现故障，若此时车速大于集中式驱动模式允许的最高车速，则将正常驱动电机的转矩控制指令调整为故障驱动电机的转矩反馈值，这样能保证两侧驱动电机输出转矩基本相同，以免车辆丧失稳定性；若此时车速小于集中式驱动模式的允许最高车速，则直接将分布式驱动模式切换为集中式驱动模式，并按照加速踏板指令正常驱动控制，若两侧驱动电机CAN通讯均正常但转矩输出反馈值与控制指令值差异均较大，此时车速高于集中式驱动最高车速，则在保证整车稳定性的情况下同时降低两侧驱动电机转矩输出至车速小于集中式驱动最高车速，此后将分布式驱动模式变为集中式驱动模式并按照加速踏板指令正常驱动控制；若此时车速小于集中式驱动最高车速，则直接将分布式驱动模式变为集中式驱动模式并按照加速踏板指令正常驱动控制。

7.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车双模耦合驱动控制系统，其特征在于：集中式驱动模式下驱动系统故障的控制方法，当车辆以集中式驱动模式行驶时，若一侧驱动系统不能正常接收和发送CAN信息，则认为此驱动系统不受控制，切断其电源，此时若另一侧驱动系统无CAN通讯故障，则保持集中式驱动模式并控制单侧电机正常驱动；若另一侧驱动系统也发生CAN通讯故障，则安全制动停车检修。

8.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车双模耦合驱动控制系统，其特征在于：差动力矩分配的控制方法，差动力矩分配控制模块仅在分布式驱动模式下工作，当车速小于稳定性控制最低车速Vmin时，若出现车轮滑转，为保证车辆在对开路面等恶劣工况的通过性，生成防滑驱动力矩修正指令；否则，则根据判定条件执行差动转向控制，此时若方向盘测量转矩T0小于门限值Td，无差动力矩分配指令生成；若方向盘测量转矩T0大于门限值Td，此时方向盘转角θ和转速ω的乘积大于0则生成差动转向力矩修正指令，此时方向盘转角θ和转速ω的乘积小于0则生成差动回正力矩修正指令，当车速大于或等于稳定性控制最低车速Vmin时，若横摆角速度γ或车身侧倾角φ大于门限值，则进行横摆-侧倾联合控制力矩分配，生成差动驱动转矩修正指令；否则，进行差动转向控制，控制指令生成方法与车速低于Vmin时相同，差动力矩分配控制模块生成的转矩修正指令发送给驱动与转向协同控制模块，并与主控制模块所发送指令一并整合为驱动电机转矩控制指令。

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